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半导体激光器腔面光学膜关键技术研究

李再金  
【摘要】: 本文围绕半导体激光器所使用的光学薄膜进行了研究与制备。针对高功率半导体激光器对高激光损伤阈值光学膜的要求,主要研究了以下几方面内容: 第一,从半导体激光器光学薄膜设计理论出发,对1/4λ周期性多层薄膜的光谱特性和反射带宽进行了分析,并讨论了半导体激光器光学薄膜中的损耗和激光在光学薄膜中的电场强度分布情况,为高激光损伤阈值腔面光学膜的设计和制备提供了理论依据和参考。 第二,以半导体激光器理论为依据,系统的模拟了与腔面光学膜相关的边发射半导体激光器的特性,主要包括阈值电流、斜率效率和输出激光功率与前后腔面光学膜反射率之间的关系。模拟结果表明当前后腔面光学膜的反射率取最佳值时,半导体激光器的输出功率达到最大值。 第三,研究了边发射半导体激光器腔面灾变光学镜面损伤机理。研究结果表明半导体激光器产生灾变光学镜面损伤最主要的原因是半导体激光器腔面的氧化,抑制半导体激光器腔面的氧化,可以提高光学薄膜激光损伤阈值、半导体激光器的输出功率和器件的可靠性。 第四,采用钝化新技术制备了边发射半导体激光器腔面光学薄膜,器件特性测试结果表明钝化技术可使输出功率提高36%,相应薄膜激光损伤阈值提高36%。同时优化设计并制备了垂直腔面发射半导体激光器出光窗口增透膜,增透膜的透射率达到99.95%,成功应用于大功率垂直腔面发射激光器制作工艺中,使出光口径为600μm的单管器件输出功率为2.3W,达到国内报道最好水平。 第五,通过实验首次验证了含氧光学薄膜材料和钝化光学薄膜材料对半导体激光器腔面产生的影响,实验测试结果表明含氧光学薄膜会使半导体激光器腔面发生氧化,生成Ga_2O_3氧化物,增加腔面吸收,降低薄膜激光损伤阈值和输出功率,而钝化光学薄膜可以阻止半导体激光器腔面的氧化,阻止Ga_2O_3氧化物的生成,降低了腔面载流子复合,提高薄膜的激光损伤阈值和器件的输出功率。


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